目前我國城鎮(zhèn)污泥年產(chǎn)量超過3500萬噸，包括流化床在內(nèi)的污泥焚燒技術(shù)已成為污泥資源化利用的重要方式和研究熱點(diǎn)。污水污泥焚燒飛灰中磷的回收已成為污泥處置技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，而焚燒飛灰中較高濃度的重金屬是制約磷有效性的核心問題。

砷是一種受到廣泛關(guān)注的典型重金屬元素，砷具有中度揮發(fā)性，在污泥焚燒過程中砷容易富集于飛灰顆粒中或以氣態(tài)存在于煙氣中。砷的存在一方面對(duì)外界環(huán)境造成嚴(yán)重污染，另一方面也制約飛灰中磷的回收與利用。中國科學(xué)院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)提出了在污泥中摻燒生物質(zhì)，利用生物質(zhì)中的礦物質(zhì)等有效成分為砷提供化學(xué)吸附位，在燃燒中促進(jìn)砷的捕集并實(shí)現(xiàn)砷的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化，降低飛灰中砷的毒性，并協(xié)同提高磷生物有效性的新方法。

研究團(tuán)隊(duì)在5kW鼓泡流化床試驗(yàn)臺(tái)上系統(tǒng)研究了生物質(zhì)種類、摻混比及運(yùn)行參數(shù)對(duì)城市污泥與工業(yè)污泥焚燒過程中砷遷移轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，揭示了生物質(zhì)中主要礦物質(zhì)成分與污泥砷之間的相互作用原理，分析了飛灰取樣位置對(duì)砷形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制，考察了焚燒溫度及過量空氣系數(shù)對(duì)砷轉(zhuǎn)化路徑的影響特性，掌握了降低城市污泥及工業(yè)污泥焚燒飛灰中砷毒性的方法。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)污泥摻燒生物質(zhì)后分布在飛灰中砷的含量降低，且有效促進(jìn)飛灰中As3+向As5+的轉(zhuǎn)化，顯著降低了混燒飛灰中砷的毒性，典型結(jié)果如圖1所示。

該研究的最終目標(biāo)是在降低污泥焚燒飛灰中重金屬毒性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)飛灰中磷資源的回收與利用。飛灰中磷的生物有效性是影響磷資源化利用的關(guān)鍵因素，而磷的賦存形態(tài)決定著磷的生物有效性。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了不同焚燒條件下，生物質(zhì)中礦物化合物對(duì)城市污泥及工業(yè)污泥焚燒中磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及生物有效性的影響規(guī)律，證實(shí)了污泥焚燒過程中添加生物質(zhì)，特別是棉桿，能有效促進(jìn)污泥焚燒飛灰中非磷灰石無機(jī)磷（NAIP，F(xiàn)e/Al/Mn-P）向磷灰石無機(jī)磷（AP，Ca/Mg-P）轉(zhuǎn)化，提高了飛灰中磷的生物有效性，如圖2所示。同時(shí)，以AlPO4作為非磷灰石無機(jī)磷模型化合物，以CaO和KCl來模擬生物質(zhì)中的主要礦物質(zhì)成分，考察了

研究團(tuán)隊(duì)利用資源豐富的清潔生物質(zhì)資源，實(shí)現(xiàn)污泥焚燒中砷化學(xué)價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)化，協(xié)同提高飛灰中磷的有效性，并開展反應(yīng)規(guī)律和機(jī)理研究，形成復(fù)雜條件下砷價(jià)態(tài)及磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的理論，對(duì)于污泥與生物質(zhì)清潔燃燒技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。該工作得到國家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)成果已在Fuel等期刊上發(fā)表論文6篇。